スクラップ金属素材の微量含有元素選別を可能とするオンサイト発光分析装置の開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26281044
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 我妻 和明 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30158597)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: リサイクル技術 / レーザー誘起プラズマ / 発光分光分析

研究実績の概要

平成26年度に新たに導入した分光分析装置（Czerny-Turner型のイメージング分光器に検出器としてインテンシファイアを備えたCCDカメラを併用した光学系）によって、一般にレーザ誘起プラズマ発光分光分析法に用いられるエシェル分光器と比較して非常に明るく検出感度が高いことに加えて、微量元素からの発光線の選定によっては、鉄鋼分析の場合、母相の鉄からの発光線をICCDカメラに照射しない分光システムによる測定が可能となった。
平成27年度は、この測定系により、分析条件の更なる最適化によって含有量100ppm程度の微量元素の定量分析を試みた。鉄鋼材料に添加される合金元素として国家備蓄7元素(マンガン、クロム、ニッケル、モリブデン、コバルト、タングステン、バナジウム)に加えて、シリコン、チタン、アルミニウム、ニオブの最適な分析発光線、すなわち強度が比較的強く母相あるいはこれらの微量元素相互から分光干渉の少ない発光線を検討し決定することが出来た。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度の目標としていたレーザー誘起プラズマ発光分析装置の組み立てを完了し、鉄鋼材料中の重要合金元素の微量濃度域での定量を行うことができた。その成果を以下に示す原著論文として発表することができた。
"Rapid Sorting of Stainless Steels by Open-air Laser-induced Breakdown Spectroscopy with Detecting Chromium, Nickel, and Molybdenum", S. Kashiwakura, K. Wagatsuma: ISIJ Int., Vol. 55 (2015) No. 11 pp. 2391-2396.http://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2015-316.
さらに本装置を使用した介在物評価に関する研究成果を下記の国際会議における招待講演として公開した。
"Applications of laser-induced breakdown spectrometry for analysis of steel materials", G. Kasahara, C. Abe, S. Kashiwakura, and K. Wagatsuma: Proceedings of Asia Steel 2015, 150-151, 2015.
以上のような実績より、本研究課題は概ね順調に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

平成26,27年度までに作製したレーザー誘起プラズマ発光分析装置・測定系を用いて、新たな分析試料の測定を試みる。前年度までに主に使用した鉄鋼系の試料群に加えて、アルミニウム合金等の非鉄金属や、薄膜状の試料等に本法を適用する場合の最適測定条件やそれにより得られた検出限界等を整理して、研究の完了を図る。

研究成果

• [雑誌論文] Rapid Sorting of Stainless Steels by Open-air Laser-induced Breakdown Spectroscopy with Detecting Chromium, Nickel, and Molybdenum (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kashiwakura, K. Wagatsuma
  • 雑誌名: ISIJ International 巻: 55 ページ: 2391-2396
  • DOI: http://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2015-316
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 単発走査レーザー誘起プラズマ発光分析法によるアルミナ介在物の３次元分布の迅速評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 笠原 岳、柏倉 俊介、我妻 和明
  • 雑誌名: 分析化学 巻: 64 ページ: 35-41
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Applications of laser-induced breakdown spectrometry for analysis of steel materials (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Kasahara, C. Abe, S. Kashiwakura, and K. Wagatsuma
  • 雑誌名: Proceedings of Asia Steel 2015 巻: 1 ページ: 151-152
  • 査読あり
• [学会発表] Applications of laser-induced breakdown spectrometry for analysis of steel materials (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Kasahara, C. Abe, S. Kashiwakura, K. Wagatsuma
  • 学会等名: Asia Steel International Conference 2015
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2015-10-05 – 2015-10-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] レーザー誘起プラズマ発光分析における鉄系二元合金のアブレーション現象の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 張 心月、 我妻 和明
  • 学会等名: 日本分析化学会第64回年会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] Distribution analysis of alumina inclusion particles by using laser-induced breakdown plasma-optical emission spectrometry (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Kasahara, S. Kashiwakura, K. Wagatsuma
  • 学会等名: 2015 Conference on Analytical Chemistry (CAS2015)
  • 発表場所: Suzhou, China
  • 年月日: 2015-06-12 – 2015-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] レーザー誘起プラズマ発光分析におけるレーザーアブレーション現象の直接観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 張 心月、我妻 和明
  • 学会等名: 日本分析化学会第75回分析化学討論会
  • 発表場所: 山梨大学甲府キャンパス
  • 年月日: 2015-05-23 – 2015-05-24
• [学会発表] レーザー誘起プラズマ発光分光分析法を利用した鉄鋼中のタングステンの迅速検出及び定量 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柏倉 俊介、我妻 和明
  • 学会等名: 日本分析化学会第75回分析化学討論会
  • 発表場所: 山梨大学甲府キャンパス
  • 年月日: 2015-05-23 – 2015-05-24